生活用紙紙機效率最大化的化學品使用策略

生活用紙紙機效率最大化的化學品使用策略

生活用紙紙機如何才能高效運行？！這是由多種因素決定的，包括機械性能優化、化學品使用策略以及造紙生產者的技術等。

本文根據亞什蘭赫克力士服務全球生活用紙和紙巾行業的廣博經驗，考察了紙機運行效率下降的原因，并提出解決這些問題的策略，探討了典型生活用紙紙機的多種實用解決方案。

1 影響生活用紙紙機效率的問題

造成生活用紙紙機產出損失有很多原因，其問題點的示意圖見圖1。

圖1 生活用紙紙機的問題點

影響生活用紙紙機效率的問題包括以下幾方面。

（1）紙機車速低于理論能力。可能原因為網部成形較差或者脫水不佳，毛毯脫水不良或者干燥效果差。

（2）非生產時間過長。這包括斷紙和紙機清洗造成的停機時間：紙機系統的微生物污染以及織物的有機物污染導致的斷紙；揚克烘缸問題導致的斷紙；過頻地更換刮刀刀片造成停機，以及清潔織物的有機污染造成停機等。

（3）質量問題。這包括由于污點、孔洞或者需要低速運轉來獲得抗張性能而造成的次品。生活用紙特有的狀況是：為了獲得高松厚度或者拉伸性能，需要在高起皺率下運行，那時產出就會受到嚴重抑制。

受到化學品使用策略影響的典型的生產損失發生在備漿系統、網壓部以及揚克烘缸處，見表1。

表1 受化學品使用策略影響造成的紙機效率下降的典型問題

亞什蘭赫克力士解決這些問題的方法已經形成良好的策略——多數情況下，為獲得良好的生活用紙紙機運行效率，這些策略一起被應用，從而提供最好的整體解決方案。

2 優化備漿系統

為了獲得良好紙機效率，在考慮生活用紙紙機本身之前，需要徹底挖掘備漿系統的潛能。這不光要考慮與微生物污染相關的斷紙和紙幅缺陷的影響，而且從抗張強度和生活用紙紙機脫水性能角度看，損紙碎漿時間效率高，獲取干強度的策略就最佳。

碎漿：從經濟角度看，一般有必要使用具備濕強的損紙，但是這會降低損紙碎解的效率。由于濕強樹脂已經完全熟化，難以分解，致使機外損紙碎漿特別難。

長時間對損紙打漿可以導致纖維碎片化。碎片化了的纖維將導致濕紙料脫水速率更加緩慢，而這對造紙幾乎沒有用。從另一個角度看，如果損紙沒有完全疏解，漿料點或者漿料孔洞就會出現在紙幅之上，導致斷紙或者產品品質下降。

然而，如果使用熱能或者化學能，就可以分解熟化濕強樹脂。通過提升碎漿機溫度或者pH可以獲得這種效果，但是碎漿助劑的使用可以急劇加速這種進程。

可以使用次氯酸鈉，這種化學品會造成腐蝕和排放污染問題。但是，基于過硫酸鹽化學的氧化碎漿助劑易于處理。這些安全粉體裝在可碎解的紙袋中銷售，已經證實可以減少50%的碎解時間，同時保持纖維質量良好。

磨漿和干強度：通常對針葉木級分進行磨漿，提升抗張強度，但是成紙因此而變硬，脫水性能降低，成紙手感變差。提升闊葉木用量使得抗張性能改善更難。淀粉通常用作干強劑，但是同時會帶來紙幅挺度和脫水問題。

亞什蘭赫克力士采用合成聚合物來改善干強度。很多情況下，這些陽離子物質還對脫水有正面影響。最近北歐生活用紙廠的一次測試中，當采用Hercobond干強劑替代淀粉以后，獲得以下結果：抗張性能得以保持；手感變好；脫水得以改善，致使紙機車速提升4%；高陽離子聚合物固定了膠粘物，清潔停機時間減少。

在另外一個案例中，Hercobond干強樹脂與一種新型陰離子過程助劑（即PerForm SP助留助濾劑）配合使用，提升了紙機車速。此案例中，濕強樹脂用量和CMC用量同時減少。

微生物污染：這種污染造成黏性菌斷紙或者紙幅孔洞，不但延長了停機時間，而且產生更多次品。可用的專有殺菌劑很多，包括Spectrum殺菌劑——它的成本效率非常高。

3 污染物控制方案

不管紙機織物上的有機污染是來自原生漿樹脂還是來自回收纖維膠粘物，都是生活用紙紙機效率下降的主要原因之一。沒有經過處理的小顆粒樹脂或者膠粘物在漿料和水系統中凝聚，凝聚到一定程度就會帶來問題。在此臨界點，它們傾向于沉積在憎水性表面，如紙機成形網或者毛毯上，沉積后會導致紙幅孔洞、脫水不良以及壓榨毛毯脫水性能不佳。

沉積導致的這些問題直接降低了紙機產量，導致紙機計劃外的停機清洗。膠粘物還可能轉移到紙幅中，進而導致外觀問題——產品品質下降，或者造成加工設備運行出現問題。紙巾紙機使用濕強樹脂，這對毛毯脫水效率不利，還會導致其他問題的出現。

對于有機污染物，亞什蘭赫克力士的化學品使用策略關注上文提及的凝聚和沉積機制，可劃分為去粘策略、微固著策略和鈍化策略。

3.1 去粘策略

使顆粒表面不再有黏性并具有親水性，以防止有機顆粒黏附和凝聚，這個過程稱之為去粘作用。其目的是為防止顆粒尺寸增大到產生問題的程度，所以污染物顆粒尺寸及其化學品類型很重要。

通過紙機有機污染物調查，列出整個系統的顆粒尺寸分布，確定污染物的類型，鑒別最好的解決方案，從而找到控制化學品的最佳添加點。

亞什蘭赫克力士提供適合于不同環境的系列DeTac污染物控制劑。最近意大利的應用案例中，使用新技術以后，現代新月型成形器上由于化學漿樹脂造成的清潔停機時間減少了75%。這種新系統將樹脂顆粒尺寸穩定在較低水平，同時消除了滑石粉和固定劑的使用，降低了溶劑基毛毯清潔劑用量。它還改善了性能，減少了25%的總毛毯清潔時間。從成本角度考慮，這種新系統與之前的滑石粉和固定劑體系相比具有成本競爭力，如圖2。

圖2 去粘劑使用效果

3.2 微固著策略

微固著策略常常用來增強去粘作用。通過使用一種高電荷陽離子聚合物，那些無活性且非常小的去粘化膠粘物或者樹脂被固著在纖維上。這樣，通過與成品結合的方式，將它們從系統中凈化出去。所移除的膠體有機物質不會導致外觀問題，也不會導致加工問題。

使用專門的沉積控制聚合物進行微固著有數種方法。某些干強性能助劑可以完成強化干強和微固著雙重作用。在這種情況下，將去粘產品先添加在漿料系統中有機物顆粒尺寸最小的地方，然后在稍微靠后的系統中再添加固定劑。

3.3 鈍化策略

另外一種可能是直接處理或者鈍化織物本身——這種方法可單獨使用，也可與前述處理方法一起使用。在這種過程中，紙頁傳輸之前將產品噴灑到織物上——這種產品通常為表面活性劑和弱陽離子聚合物的混合物。這種聚合物與系統中存在的陰離子垃圾結合，在織物上涂敷厭脂肪層或者油不溶層。這樣，織物就會抑制較大的有機污染物沉積，同時保持脫水性能。這些產品采用低壓噴管噴灑。

對于毛毯，亞什蘭赫克力士已經開發了Presstige系列毛毯清潔調理劑——已經證實，這些助劑對預防有機污染物和濕強樹脂在生活用紙紙機上的沉積非常有效。例如，北歐使用100%回收纖維的濕起皺紙機使用這種助劑獲得良好結果：毛毯清潔造成的停機減少了50%；新毛毯運行期間開機速度提升。

然而，值得注意的是這種產品應該在毛毯一上機就連續使用。從提升產量、降低Uhle吸水箱真空和延長有效毛毯壽命來說，這種方案性價比很高。

4 揚克烘缸解決方案

雖然采用基礎涂料和剝離化學品處理揚克烘缸是一種復雜的操作，但可以提升紙機產出和產品質量。人們對其基本原理非常了解；在真空壓榨輥揭起紙幅之前，通過低壓噴管施用黏附性基礎涂料和剝離化學品。揚克烘缸表面的熱量蒸發了稀釋水，保留下來的聚合物/油膜（有時會發生化學反應）部分干燥，形成黏性涂層。這種涂層從真空壓榨毛毯上揭起濕紙幅，并在干燥紙幅的過程中黏附紙幅，將之壓在烘缸上。

為了產生起皺效果，涂料薄膜必須在起皺刮刀處提供足夠的黏附力。正是紙幅起皺作用決定了最終的紙幅性能，特別是伸縮性能、松厚度以及柔軟度。經驗證實，正確選用起皺化學品并正確施用這種化學品（與前者同樣重要）是生活用紙紙機高效運轉的關鍵因素；有人認為這是最為關鍵的操作。

亞什蘭赫克力士生活用紙專家在選擇和使用揚克涂料的過程中考慮了多種因素，包括：所生產的紙種；配料的特性；揚克烘缸大小、熱通量以及揚克烘缸的狀況；噴灑管的布置；表面處理以及刮刀刀片類型等。

5 紙幅傳輸和干燥

為了使熱能最好地向紙幅傳輸，進而獲得最佳的干燥效果，紙幅從毛毯包裹的真空壓榨輥向揚克烘缸的傳輸必須良好。另外，紙幅傳輸不佳會導致揚克烘缸上的紙幅產生泡狀凸起或者浮泡。這種現象會導致起皺刮刀處產生斷紙或者孔洞。

要想實現良好揭紙，涂料必須有良好的再濕性能，而且必須足夠柔軟，能夠與濕紙幅表面保持一致，從而最大化揭紙接觸面積。如果真空干燥處的紙幅較干，或者紙幅高度結構化（例如TAD或者其他結構化紙幅），那么柔軟性能就更加重要。

再濕黏附性能和薄膜柔軟性能一起稱作濕黏性能。例如，亞什蘭赫克力士的Crepetrol和ProSoft起皺添加劑含有大量完全交聯的化學品——這些化學品以濕黏性能良好而著稱。這些產品在揚克烘缸上沒有反應功能（例如，與酸性PAE涂料相比），因此對紙幅揭起之處的橫向水分分布變化敏感性較低。

確保紙幅傳輸良好的另外一個因素是揚克涂料噴管的幾何形狀以及水量的正確性——很多文章已經對此進行了大量描述。為了讓專家能夠正確選擇揚克烘缸涂料噴管的類型和布置，亞什蘭赫克力士為之配備了一種專門的軟件程序，即亞什蘭赫克力士?X-CT系統。

6 硬楞和斷紙

生活用紙紙機斷紙的一種常見原因是涂料在揚克烘缸邊緣積聚，特別是新月型成形器尤其如此。某些情況下，這會導致紙幅邊緣結合力弱，而其他情況下涂料會在起皺刮刀后面積聚，致使起皺刮刀抬起。不管哪種情況，最后的結果都一樣——那就是造成斷紙。

揚克烘缸邊緣溫度高和紙幅擋板外的毛毯邊緣受到細小纖維污染，通常這2種作用一起會造成涂料積聚。因此，成形網的水封或者邊緣密封以及流漿箱的堰板控制是否良好，都是需要考察的重要因素。

在進一步考慮采用其他策略解決這個問題之前，亞什蘭赫克力士首先將考慮揚克烘缸的溫度分布。通過熱風罩邊緣節氣閥和熱風罩進氣和排氣風機平衡對揚克烘缸的溫度分布控制略有影響，而停機期間通過調節冷凝水虹吸管分布，可以有效調整揚克烘缸的溫度分布。由于在揚克烘缸邊緣噴水會導致過多的溫度應力，所以盡管有時候毛毯邊緣的鑿式噴淋可以有效清潔和冷卻毛毯邊緣，還是建議不采用這種方法。

作為良好的化學品解決方案，揚克烘缸涂料應該在較寬的溫度范圍內保持柔軟；需要再次重申——完全交聯化學品在這方面非常有效。這種范圍最近已經擴展，涵蓋了塑化“易刮除”涂料。另外，亞什蘭赫克力士的揚克烘缸邊緣專用清潔噴淋取得了很大的成功——采用最少量的稀釋噴淋，軟化邊緣積聚涂料，使得刮除積聚涂料更加容易。

7 刮刀刀片更換

刮刀刀片更換是生活用紙紙機頻繁停機和產品質量不佳的主要原因之一。典型地，在更換刮刀刀片之后，良好的揚克烘缸涂料會迅速形成，而生活用紙性能（如拉伸性能、松厚度以及柔軟性）在下一次換卷之前就可以得到優化。然而，一旦刮刀刀片被磨損，它的起皺作用和涂料去除效果開始變壞，進而導致生活用紙質量開始變壞，最終加速刀片更換。

由于刀片壽命受到很多運行參數影響，所以不存在固定的刮刀刀片使用壽命，但是鋼刀片的典型壽命為4 h，而陶瓷刀片的典型壽命為24 h。主導刀片壽命的關鍵涂料因素為其均一性和堅固性（或者完整性）。

為了檢查涂料均一性，經常查看刀片橫向磨損狀況；象上一段解釋的那樣，盡管邊緣污染物常常造成邊緣磨損稍嚴重，但刀片橫向磨損還是相當均勻。橫向磨損傾斜或者有坡度，預示著空氣烘缸的刀片負載不正確，需要立即進行校正。類似地，中高問題（crowning）或者刀片問題就顯而易見。特定區域的不均一磨損，可能意味著涂料分布不均一。造成這種現象的原因可能為：噴管設計不佳；噴管運行不正確；冷凝水移除不均一（例如虹吸管堵塞），和/或者毛毯透水性分布不良（例如毛毯變臟）。

刀片磨損均勻但是有不良磨損的情況（例如刀片磨損過快）可能是由于所施用的涂料對揚克烘缸的保護不足造成的。這造成了刀片和硬化揚克烘缸表面的摩擦，進而導致了磨損。非常明顯，將這種磨損降到最低對延長揚克烘缸再磨周期也是最好的方法。

根據實踐經驗，亞什蘭赫克力士建議基礎涂料最低厚度應該為1.5 mg/m2——只有這樣，才可以確實保護揚克烘缸。而且，經驗表明，完全交聯的基礎涂層可以最好地保護揚克烘缸，從而帶來最長的刀片壽命。這種化學品代表著高性能揚克烘缸運作的最佳實踐，如在揚克烘缸鋼質表面使用陶瓷起皺刮刀。

使用適當的磷酸鹽化合物不但可以幫助調理楊克烘缸表面，還可以在運行過程中提供額外的保護。磷酸鹽類物質被認為可以鈍化鐵表面，提供與有機涂料的額外鍵結。

8 最小化起皺率

“最小化起皺率”化是生活用紙紙機產出最大的一個重要工具。根據所生產的紙種不同，起皺率（揚克烘缸和卷取機之間的速度差異）可以在15%～25%之間或者更大區間變化。起皺刮刀的作用對紙幅的拉伸性能和松厚度有不利影響，要消除這些不利影響，有必要降低卷取機的速度。通常，卷取機提速會降低拉伸性能。因此，把檢測拉伸起皺作為生活用紙紙機性能的關鍵指標。

如果機械配置和有機涂料配方最佳，就可能獲得等于或者大于1.0的起皺率——這意味著起皺刮刀不僅僅將紙幅折疊起來，而是正確地對纖維進行了干擾。獲得這種效果的典型條件為：使用柔軟、高黏附有機涂料。在北美施加涂層大于2 mg/m2（EU），最大值為8 mg/m2；刀片坡口角度略小，和/或者刀片磨損角度超出15度。換句話說，采用適中到較大的有機涂料刀片迎角，可獲得相對開放的起皺凹角。

圖3為起皺助劑和塑化剝離劑的使用效果。

通過選擇適當的高黏附性涂料（這種涂料的施加速率相對較高）可以容易地達到這種目的。亞什蘭赫克力士已經開發了這種類別的產品。可以使用修飾劑提升黏附性能，并修飾薄膜整體柔軟性能。從實踐角度講，當選用了合適的涂料，就常常可以看到拉伸性能得以提升，因此能夠提升卷取機速度，同時可以在網部提升定量，進而提高產量。

圖3 起皺助劑和塑化剝離劑的使用效果

9 質量最優化

基本上，“質量最優化”屬于涂料使用策略部分。隨著生活用紙市場日趨成熟，生產者通常熱衷于高質量產品，如多層的、手感良好且松厚度高的產品。在所有給出的生活用紙生產解決方案中，高黏附性揚克烘缸基礎涂料的使用以及前面提及的最佳實踐，通常都會獲得最優的產品質量。持續采用這種手段生產，可得到質量良好的產品，避免那些導致產量下降的次品。

10 總結

化學品供應商可能用來幫助客戶最大化生活用紙紙機產出的各種策略，包括：使用高效濕強損紙碎漿助劑來解除備漿瓶頸；使用合成有機聚合物最小化磨漿能耗，并最大化干強和脫水性能；使用高效微生物處理劑降低黏性菌造成的斷紙；建立多點污染物控制方案，解決織物和成品紙中的有機污染問題；使用預示性涂料化學品和正確使用方法來改善揚克烘缸和刮刀刀片的運行；使用最新的具有高黏附性能、柔性揚克烘缸涂料降低起皺率，改善質量等。

雖然上述方法通常都會被作為最佳手段一起采用，但是亞什蘭赫克力士具體的策略設計不但彼此協同，而且適用于最先進的備漿和紙機技術、織物、刮刀刀片以及其他消耗品。

該文介紹了化學品供應商幫助客戶最大化生活用紙紙機產出的各種策略，包括：使用高效濕強損紙碎漿助劑來解除備漿瓶頸；使用合成有機聚合物最小化磨漿能耗，并最大化干強和脫水性能；使用高效微生物處理劑降低黏性菌造成的斷紙；建立多點污染物控制方案，解決織物和成品紙中的有機污染問題；使用預示性涂料化學品和正確使用方法來改善揚克烘缸和刮刀刀片的運行；使用最新的具有高黏附性能、柔性揚克烘缸涂料降低起皺率，改善質量等。

（李海明 編譯）